(2)生物转化反应 虽然,对于某些生物催化剂是否会导致污染还没有明确的定论,但是总的来看,生物转化反应非常符合绿色化学的要求:具有高效,高选择性和清洁反应的特点;反应产物单纯,易分离纯化;可避免使用贵金属和有机溶剂;能源消耗低;可以合成一些用化学方法难以合成的化合物。著名化学家Chi-Huey Wong以在酶促反应所取得的引入瞩目的创新性成就获得了2000年美国总统绿色化学挑战奖学术奖。Chi-Huey Wong教授指出,酶促反应在化学合成工业上的应用具有很大的潜力。设计与发展适于酶促反应的新的底物和利用遗传工程改变酶的催化性质等,都将大大有利于在制药工业中的应用[6l。我们认为,生物转化合成反应的研究可集中在以下几个方面:发现新的高活性和高选择性的酶催化剂;扩展酶促反应的适用范围;利用生物工程技术获得高效的酶催化剂;注意解决酶促反应工业中的问题;重视酶促反应的机理研究。 3.简化反应步骤,减少污染排放,开发新的合成工艺 对于那些从传统的观念看,设计和效益都是合理的工艺路线也要从绿色化学的原理给以重新审视.这对于有机合成化学提出了新的、更高的要求。 举个例子:Roche Colorado公司在开发抗病毒药物cytovene的初期认为,他们所采取的persilylation的路线是最好的,也是最有效的。但是,随着市场需求量的增加,扩大了生产规模,很多原有工艺的问题就暴露了。Roche Colorado公司对原有的工艺进行了大的改进,采用从鸟嘌吟三酯(guanine triester)出发的新合成路线。与旧工艺相比,新的工艺将反应试剂和中间产物的数量从22种减少到11种,减少了66%的废气排放和89%的固体废弃物,5种反应试剂中有4种不进入最终产物而能在工艺过程中循环使用,产率提高了2倍。 三、新的或非传统的“洁净”反应介质的开发利用 选择与环境友好的“洁净”的反应介质是绿色化学研究的重要组成部分。目前,除了一些个别的例子,如以甲苯代替有毒的苯作为反应介质外,大概主要有以下几种类型的反应介质;超临界和近(或亚)临界流体,液体水,高子液体等,还可以包括一些无溶剂的固态反应。 1.超临界和近临界流体 有关超临界二氧化碳作为有机反应的“洁净”介质的研究已有大量的报道,并已引起关注,成为绿色化学研究的一个热点.这里不再赘述。超临界水的工作也有些报道。但是,由于需要高压和高温,限制了其在有机反应中的应用。近来,近临界水(Near-Critical Water)的研究引起了重视。近临界水有许多优点和特点:相对来说,需要的温度和压力都较低;作为溶剂,对有机物的溶解性能相当于丙酮或乙醇;近临界水的介电常数介于常态水和超临界水之间,因此,近临界水足以既能溶解盐,又能溶解有机化合物:水与产物易分离,用于分离纯化的耗费很小。在近临界水中进行的有机反应也有一些值得注意的特点。由于近临界水具有很大的离子化常数(ionization constant),对于某些需要酸催化或碱催化的反应,近临界水也可催化反应,而不必另加催化剂.例如,在近临界水中进行的Friedel-Crafts反应,不用像传统工业生产那样加入2倍当量的AlCl3,或其他的Lewis酸即可反应,.避免了大量的无机盐废弃物的产生.目前,已有报道在近临界水中进行烷基化反应、Aldol缩合反应、氧化反应等的研究结果。近临界水的应用更适合于小规模、高附加值的化工过程。对于“洁净”的反应介质,近临界水中的有机反应研究是一个值得注意的课题。 2.以水为介质的有机反应 以水为介质的有机反应是“与环境友好的合成反应”的一个重要组成部分。水相中的有机反应具有许多优点:操作简便,安全,没有有机溶剂的易燃,易爆等问题。在有机合成方面,可以省略许多诸如官能团的保护和去保护等的合成步骤.水的资源丰富,成本低廉,不会污染环境,因此是潜在的“与环境友善”的反应介质。从另一个角度看,长期以来,大部分有机反应是在有机溶剂中进行的,有的甚至必须在无水、无氧的条件下进行,有机合成反应的研究也是以有机反应介质为基础的。以水为介质必然会引出许多新问题,如:有机底物在水中的“疏水作用”;反应底物和试剂在水中的稳定性;水中存在的大量的氢键对反应的影响;以及水中有机反应的机理;水中反应的立体化学:适于水相反应的新试剂和新反应的发现和应用等.可以预见,水相有机反应的研究将会在有机合成化学中开辟出一个新的研究领域。2001年美国总统绿色化学挑战奖学术奖授予了李朝军教授也表明水相有机反应的研究正在受到越来越多的关注。
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